Aumentare la nostra conoscenza del genoma degli invertebrati Sviluppando nuovi strumenti innovativi per l’assemblaggio e l’analisi di alta qualità del genoma, IGNITE ha colmato una lacuna nelle nostre conoscenze genomiche sugli invertebrati, poco rappresentati negli studi. Ricerca di base © Becky Gill/Shutterstock.com Il 95 % degli animali presenti sulla Terra appartiene agli invertebrati, ossia è privo di colonna vertebrale; di questa categoria fanno parte anche gli insetti, i ragni e le lumache. Tuttavia, ad eccezione di alcuni organismi modello comunemente utilizzati nella ricerca, come il verme Caenorhabditis elegans e il moscerino della frutta Drosophila, le conoscenze sul genoma degli invertebrati sono tuttora scarse. Ciò è dovuto in gran parte alla diversità dei loro fenotipi e dei loro cicli vitali. Dal punto di vista tassonomico, esistono attualmente 35 phyla di invertebrati, che comprendono dai minuscoli rotiferi (0,1-0,5 mm) al calamaro colossale (10-14 m). «Nonostante le lacune per quanto riguarda la loro importanza evolutiva ed ecologica, gli invertebrati costituiscono una riserva di risorse genetiche potenzialmente utili per la salute umana, ad esempio come fonti di nuovi farmaci e materiali biomimetici», afferma Gert Wörheide, coordinatore del progetto IGNITE, che è stato avviato con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie. Il progetto, che fa parte della rete di formazione innovativa (ITN, Innovative Training Network), ha formato 15 ricercatori nella fase iniziale della carriera nell’ambito di progetti altamente interdisciplinari e intersettoriali. L’obiettivo della ricerca svolta da IGNITE era studiare l’evoluzione degli invertebrati, capire come l’ambiente abbia modificato la funzione del loro genoma, nonché sviluppare e migliorare le pipeline bioinformatiche per l’assemblaggio, l’analisi e la pubblicazione semantica di genomi e trascrittomi. Sviluppare approcci di ricerca più personalizzati È risaputo che generalmente i genomi degli invertebrati sono altamente eterozigoti, il che significa che hanno ereditato caratteristiche genetiche diverse da ciascun genitore. Siccome spesso contengono molti elementi ripetitivi, l’analisi genomica è impegnativa. «Di conseguenza, l’approccio “unico” che agevola la ricerca con gli organismi modello non funziona con la maggior parte degli invertebrati, pertanto il team di IGNITE ha progettato approcci più personalizzati», spiega Wörheide dell’Università Ludwig Maximilian di Monaco, sede del progetto. Ad esempio, un progetto ha migliorato i metodi di cattura della conformazione cromosomica, in particolare la tecnica di analisi genomica Hi-C, rendendoli più adatti all’analisi di genomi di invertebrati non utilizzati come modello. Questi dati sono sempre più utilizzati per studiare come è organizzata la cromatina nel genoma e per comprendere l’organizzazione del genoma in 3D, consentendo di costruire impalcature genomiche per la costituzione di genomi di riferimento di alta qualità su scala cromosomica. Una volta perfezionate, le tecniche sono state utilizzate per studiare il genoma dei Chetognati, vermi marini appartenenti a un gruppo tassonomico che si è rivelato molto complesso da assemblare genomicamente con i metodi convenzionali. «Questo risultato di genomica comparativa aiuterà a far luce sull’evoluzione di questo animale poco studiato e costituisce una prova di concetto per altri animali simili», aggiunge Wörheide. In un altro progetto sono stati utilizzati genomi sequenziati, trascrittomi e analisi bioinformatiche, per studiare in che modo si sono sviluppate le difese naturali degli animali negli ultimi 500 milioni di anni. I ricercatori hanno caratterizzato i percorsi biosintetici per la produzione di veleno nei molluschi marini del genere Conus. «Oltre a dirci qualcosa di più sull’evoluzione delle specie, sull’idoneità ecologica e sulle malattie, sapere di più su queste protezioni ingegnerizzate naturalmente potrebbe avere applicazioni biotecnologiche, come ad esempio fornire composti per i farmaci», afferma Wörheide. In effetti, un altro progetto ha studiato i genomi dell’Haliclona oculata (una spugna marina) per scoprire come produce metaboliti secondari citotossici. Si pensa che questi siano utilizzati come meccanismo di protezione, ad esempio per proteggere gli habitat delle barriere coralline. Dal momento che questi composti bioattivi inibiscono la divisione cellulare negli organismi concorrenti, essi sono di interesse medico, in quanto potrebbero essere utilizzati per sviluppare nuovi farmaci antimicrobici, antivirali e antitumorali, come gli steroidi o gli alcaloidi. Futuri leader dell’innovazione Sebbene molti ricercatori nella fase iniziale della carriera coinvolti nel progetto IGNITE non abbiano ancora completato il loro dottorato di ricerca, il gruppo ha già pubblicato diversi articoli. «Gli esperti di genomica sono sempre più richiesti dagli istituti di ricerca, oltre che dalle aziende di software e biomediche. Grazie alla loro formazione, che spazia dalla geobiologia alla bioinformatica, i ricercatori formati dal nostro progetto sono in grado di guidare le innovazioni che saranno una vera e propria svolta per la società, l’economia e l’ambiente», conclude Wörheide. A conferma di ciò, diversi ricercatori nella fase iniziale della carriera, appena terminato il loro percorso nell’ambito del progetto IGNITE, sono stati assunti in posizioni di prestigio in ambito accademico e nel settore privato. Parole chiave IGNITE, invertebrati, phyla, genoma, eterozigote, verme marino, mollusco marino, spugna marina, cromatina
